JPH081890B2 - 半導体素子の露光方法およびダミーマスク - Google Patents

半導体素子の露光方法およびダミーマスク

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JPH081890B2
JPH081890B2 JP14359994A JP14359994A JPH081890B2 JP H081890 B2 JPH081890 B2 JP H081890B2 JP 14359994 A JP14359994 A JP 14359994A JP 14359994 A JP14359994 A JP 14359994A JP H081890 B2 JPH081890 B2 JP H081890B2
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子のリソグラ
フィプロセスに用いられ、特に超微細パターンを形成す
るために回折された光でウエハーにパターンを形成する
半導体素子の露光方法と、その露光方法に用いるダミー
（ｄｕｍｍｙ）マスクに関する。
【０００２】なお、本明細書の記述は本件出願の優先権
の基礎たる韓国特許出願第１９９３−１１７４６号の明
細書の記載に基づくものであって、当該韓国特許出願の
番号を参照することによって当該韓国特許出願の明細書
の記載内容が本明細書の一部分を構成するものとする。
【０００３】
【従来の技術】一般にパターン形成は、リソグラフィプ
ロセスによってレジストパタンを描画し、これを種種の
エッチング法によって材料に転写することによって行わ
れる。したがって、第１のステップであるリソグラフィ
による描画の限界がパターンの微細化の限界を決める要
因である。特に、紫外線や遠紫外線のような光を使う光
露光法では、光の回折効果によってパターンの解像度，
線幅，寸法などの加工精度が制限される。例えば、ステ
ッパー（ｓｔｅｐｐｅｒ）やフォトリピータ等の縮小投
影露光装置を用いてマスクのパターンをウエハーに転写
させるとき、マスクのパータンの大きさが極めて微細で
ある場合は、マスクに入射される光がマスクを通った
後、回折角度が大きくなって分解能が低下し、これによ
り、ウエハーにパターンがうまく転写されないというこ
とが起こる。
【０００４】図１は従来の一般的な縮小投影露光装置の
光の経路を模式的に示す。光源（図示しない）から出射
した光１は、パターンが造られているパターンマスク４
に垂直に入射する。パターンマスク４には微細なパター
ンが造られているので、パターンマスク４を透過した光
は回折角度が大きくなり、そのため投影レンズ５を透過
した後、ウエハー６上に正確に焦点を合わせることがで
きなくなる。特に、ウエハー６の位置が正確でない場合
は解像力が非常に劣化してしまう。
【０００５】そこで、光を傾けてパターンマスクに入射
させて露光することにより焦点深度を深めるようにした
斜め入射式の露光方法が開発された。この方法では、縮
小投影露光装置に傾けた光を入射させる変型照明器具を
設置してウエハーへの露光を行っている。しかし、この
変型照明器具の大きさや形状等が露光装置内のスペース
で制限を受け、更にまたその変型照明器具の形状によっ
てウエハー上に形成されるパターン線幅の均一度が低下
してしまうという問題があった。
【０００６】そのため、より改善された従来の露光装置
として、図２に示す構成の装置が提案されている。この
装置では、光１を回折させるダミーマスク２をパターン
マスク４の上方に配置している。図２に示すように、垂
直に入射してきた光１は、光の回折原理に基づいて製作
されたダミーマスク２を通過する際に回折されて、所定
のフレネル領域７を通り過ぎた後、パターンが造られて
いるパターンマスク４に入射して、これを透過し、更に
投影レンズ５を通ってウエハー６に到達し、これにより
ウエハー６にパターンマスク４のパターンを転写する。
このとき、フレネル領域７を通過してパターンマスク４
に入射される光は、パターン形成に主に影響を及ぼす０
次回折光８，−１次回折光８′，および＋１次回折光
８″とに大別できる。
【０００７】ウエハー６上に形成される所定のパターン
を有するパターンマスク４に垂直に入射される０次回折
光８により形成された回折光２０′，２０″は、図１と
同一の経路となって、焦点深度が浅くなる。これに反し
て、−１次回折光８′，＋１次回折光８″はパターンマ
スク４に傾いて入射するので、焦点深度が深くなる。換
言すると、−１次回折光８′，＋１次回折光８″により
投影レンズ５に入射する光９′，９″は、その焦点深度
が上記の回折光２０′，２０″よりも深いので、ウエハ
ー６上に解像力が優れたパターンを得ることができる。
なお、図２中の符号９は投影レンズ５に入射されない角
度で回折された光を示す。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来のダミーマスクを用いた露光装置では、傾い
た光の入射により焦点深度を深めることはできるが、パ
ターンマスク上に垂直に入射される光によるウエハーの
露光がまだ相当に残存しているため、これが依然として
超微細パターンを形成するのに障害となっていた。
【０００９】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、パターンマスク上に垂直
に入射する解像力の低下を招く光を遮断することによ
り、焦点深度を深めて分解能を向上させ、超微細パター
ンを形成することができるように図った半導体素子の露
光方法およびその露光方法で用いるダミーマスクを提供
することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の半導体素子の露光方法は、光源から出射さ
れイメージパターンが予め形成されたフォトマスク上に
照射される光を透明基板に形成された第１のパターンで
１次回折させるステップと、該ステップで回折されるこ
となく前記フォトマスクに垂直に入射される光を透明基
板に形成された第２のパターンで除去するステップとを
有することを特徴とする。
【００１１】また、上記目的を達成するため、本発明
は、イメージパターンが予め形成されたフォトマスク上
に照射される光を回折するためのダミーマスクにおい
て、所定の厚さを有する透明基板と、露光用の光が入射
する側の該透明基板の表面に配置され該透明基板に入射
する光を回折させる複数の第１のパターンと、光が出射
する側の前記透明基板の裏面に配置され前記第１のパタ
ーンで回折された光は通過させるが該第１のパターンで
回折されることなく前記フォトマスクに垂直に入射する
光を遮断する複数の第２のパターンとを有することを特
徴とする。
【００１２】また、本発明は、他の形態として、イメー
ジパターンが予め形成されたフォトマスク上に照射され
る光を回折するためのダミーマスクにおいて、それぞれ
所定の厚さを有する第１と第２の透明基板と、露光用の
光が入射する側の前記第１の透明基板に配置され該透明
基板に入射する光を回折させる複数の第１のパターン
と、該第１のパターンと所定の間隔を開けて前記第２の
透明基板に配置され前記第１のパターンで回折された光
は通過させるが該第１のパターンで回折されることなく
前記フォトマスクに垂直に入射する光を選択的に遮断す
る複数の第２のパターンとを有することを特徴とする。
【００１３】また、本発明は、その一態様として、前記
複数の第１のパターンはそれぞれ一定の間隔をおいて所
定の大きさと形状で配置され、前記複数の第２のパター
ンは平面方向から見て前記複数の第１のパターンと重な
らないようにしてそれぞれ一定の間隔をおいて所定の大
きさと形状で配置されることを特徴とすることができ
る。
【００１４】また、本発明は、他の態様として、ａを前
記第１のパターン間の距離、Ｐを該距離ａと該第１のパ
ターンの一辺の長さの合計、ｄを該第１のパターンと前
記第２のパターン間の垂直距離、λを当該ダミーマスク
に入射する光の波長すると、前記第１と第２のパターン
間の垂直距離ｄが、
【００１５】
【数２】ｄ＝ａＰ／λ に設定されていることを特徴とすることができる。
【００１６】更にまた、本発明は、他の態様として、各
前記第２のパターンの一辺の長さｂは、前記第１のパタ
ーン間の距離距離ａと該第１のパターンの一辺の長さの
合計Ｐの１／２よりも大きく形成されていることを特徴
とすることができる。
【００１７】
【作用】本発明では、光を回折した後、回折されずにパ
ターンマスク上に垂直に入射する光を遮断するので、解
像力の低下を招く光が除去され、露光プロセスの焦点深
度を深めて分解能を向上させることができる。また、そ
れにより半導体素子の高集積化における微細パターンの
解像度を向上させ、超微細パターンを形成することが可
能となる。
【００１８】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例を
詳細に説明する。
【００１９】図３は本発明の一実施例のダミーマスクの
拡大断面構造を示す。本例のダミーマスクは、光源から
の入射光を１次回折させる第１のパターンに相当する回
折パターン（回折光誘導用パターン）１１を透明基板１
２の上部に形成し、更にその回折パターン１１により回
折されることなく垂直に入射する光を除去するための第
２のパターンに相当する制御パターン（回折光制御用パ
ターン）１３をその透明基板１２の下部に形成してい
る。勿論、透明基板１２を垂直に透過する光をこの制御
パターン１３で完全に除去することは難しいが、パター
ンマスクに垂直に照射される相当な量の光を制御パター
ン１３で除去することができる。
【００２０】上記透明基板１２は石英あるいはＳＯＧ
（Silicon oxide glass)膜で形成することができる。ま
た、回折パターン１１および制御パターン１３はクロー
ムや位相反転物質、特にＳＯＧ膜で形成することができ
る。
【００２１】本実施例では、一枚の透明基板１２の上面
に光を回折する役割をする回折パターン１１を形成し、
その透明基板１２の下面に垂直な入射光を除去する役割
をする制御パターン１３を形成しているが、それぞれ分
離された二枚の透明基板を用いて一枚目の透明基板上に
回折パターン１１を形成し、二枚目の透明基板上に制御
パターン１３を形成するようにしてもよい。
【００２２】図４は本発明のダミーマスクを配設した露
光装置の露光状態を示す。図４において、４３は図３に
示した本発明の実施例のダミーマスクであり、透明基板
１２に上記の回折パターン１１と上記の制御パターン１
３が形成されている。このダミーマスク４３に最初に入
射される光４１は、ダミーマスク４３内で垂直に進行す
る光が遮断・除去された後、回折された光４８′，４
８″がフレネル領域４７を通ってパターン（イメージパ
ターン）が形成されているパターンマスク（フォトマス
ク）４４に入射する。この際、図３に示す通り、ダミー
マスク４３の制御パターン１３を通過した光は、パター
ンマスク４４に傾いて入射する。従って、投射レンズ４
５を通過する光４９′，４９″は深い焦点深度を有して
おり、分解能が向上するので、ウエハー４６に超微細パ
ターンを形成することができる。なお、符号４９は投影
レンズ４５に入射されない角度で回折された光を示す。
【００２３】ところで、図３において、制御パターン１
３に垂直に入射する０次回折光を全て除去することにな
れば、露光エネルギーが減少し、露光時間が長くなるの
で、制御パターン１３は例えば入射光の８〜１０％の光
を透過させる半透明物質で形成してもよい。
【００２４】次に、上記のダミーマスク４３の回折パタ
ーン１１と制御パターン１３の好ましい配置構成の一例
について図５および図６を参照して詳述する。
【００２５】図５は本発明の実施例のダミーマスク４３
の平面図を示す。このダミーマスクは、それぞれ正方形
パターンの回折パターン１１と制御パターン１３が交互
にチェック模様状（市松模様状）に配置され、回折パタ
ーン１１よりも制御パターン１３の方が多少小さく形成
されている。図中、ａは回折パターン１１間の距離、ｂ
は制御パターン１３の一辺の長さ、ｃは回折パターン１
１と制御パターン１３間の間隙の距離を表しており、ａ
＝ｂ＋２ｃの関係となっている。回折パターン１１と制
御パターン１３間の距離ｃを適宜に調節することによ
り、露光源の露光エネルギーとウエハー上の感光膜の敏
感度（レジスト感度）とを一致させる。このとき、回折
パターン１１が位相反転物質を用いて形成されている場
合には、回折パターン１１の厚さも同時に調節の対象と
なる。
【００２６】図６は図５のダミーマスクの断面方向から
見た回折パターン１１と制御パターン１３の位置関係を
示す。ここで、Ｐは回折パターン１１間の距離ａと回折
パターン１１の一辺の長さの合計、ｄは回折パターン１
１と制御パターン１３間の垂直距離（即ち、透明基板１
２の厚さ）である。φは制御パターン１３の中心とその
制御パターン１３のほぼ真上方向に位置する回折パター
ン１１の中心とを結ぶ線と透明基板１２の下面とがなす
角度（仰角）である。
【００２７】上記角度φを本縮小投射露光装置のＮＡ
（開口数）の値を勘案して設定し、また上記距離ｄはフ
ランホーファー領域がとれるように空間的に十分にと
り、従来の斜め入射式露光方法の欠点であるウエハー上
のイメージパターンの不均一性を克服できるように入射
光に対して回折パターン１１と制御パターン１３を適切
に配置する。
【００２８】特に、このダミーマスクに入射する光の波
長をλとすると、二つのパターン間の垂直距離ｄが、
【００２９】
【数３】 ｄ＝ａＰ／λ …（１） であるとき、−１次回折光および＋１次回折光が制御パ
ターン１３間の中央を通過するので好ましい。また、こ
のときの好ましい制御パターン１３の一辺の長さｂは次
式（２）の関係である。
【００３０】
【数４】 ｂ≧Ｐ／２ …（２）
【００３１】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、光を回折した後、回折されずにパターンマスク上に
垂直に入射する光を遮断するので、露光プロセスの焦点
深度を深めて分解能を向上させることができ、それによ
り半導体素子の高集積化における微細パターンの解像度
を向上させ、超微細パターンを形成することができると
いう顕著な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ウエハー上にパターンを形成させるための従来
の一般的な露光装置の露光状態を模式的に示す断面図で
ある。
【図２】光を回折させて露光させるダミーマスクを用い
た従来の露光装置の露光状態を模式的に示す断面図であ
る。
【図３】本発明の一実施例のダミーマスクの断面構造を
示す拡大断面図である。
【図４】図３の本発明のダミーマスクを用いて構成した
露光装置の露光状態を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明の一実施例のダミーマスクの回折パター
ンと制御パターンの配置構成を示す平面図である。
【図６】図５のダミーマスクの回折パターン１１と制御
パターン１３の良好な配置および大きさの相互関係を説
明する断面図である。
【符号の説明】
１，４１ 光 ２，４３ ダミーマスク ４，４４ パターンマスク ５，４５ 投射レンズ ６，４６ ウエハー ７，４７ フレネル領域 １１ 回折パターン １２ 透明基板 １３ 制御パターン ８ ０次回折光 ８′，４８′ −１次回折光 ８″，４８″ ＋１次回折光 ４９′，４９″ 投射レンズを通過する光（回折光）

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光源から出射されイメージパターンが予
    め形成されたフォトマスク上に照射される光を透明基板
    に形成された第１のパターンで１次回折させるステップ
    と、 該ステップで回折されることなく前記フォトマスクに垂
    直に入射される光を透明基板に形成された第２のパター
    ンで除去するステップとを有することを特徴とする半導
    体素子の露光方法。
  2. 【請求項２】 イメージパターンが予め形成されたフォ
    トマスク上に照射される光を回折するためのダミーマス
    クにおいて、 所定の厚さを有する透明基板と、 露光用の光が入射する側の該透明基板の表面に配置され
    該透明基板に入射する光を回折させる複数の第１のパタ
    ーンと、 光が出射する側の前記透明基板の裏面に配置され前記第
    １のパターンで回折された光は通過させるが該第１のパ
    ターンで回折されることなく前記フォトマスクに垂直に
    入射する光を遮断する複数の第２のパターンとを有する
    ことを特徴とするダミーマスク。
  3. 【請求項３】 イメージパターンが予め形成されたフォ
    トマスク上に照射される光を回折するためのダミーマス
    クにおいて、 それぞれ所定の厚さを有する第１と第２の透明基板と、 露光用の光が入射する側の前記第１の透明基板に配置さ
    れ該透明基板に入射する光を回折させる複数の第１のパ
    ターンと、 該第１のパターンと所定の間隔を開けて前記第２の透明
    基板に配置され前記第１のパターンで回折された光は通
    過させるが該第１のパターンで回折されることなく前記
    フォトマスクに垂直に入射する光を選択的に遮断する複
    数の第２のパターンとを有することを特徴とするダミー
    マスク。
  4. 【請求項４】 前記複数の第１のパターンはそれぞれ一
    定の間隔をおいて所定の大きさと形状で配置され、 前記複数の第２のパターンは平面方向から見て前記複数
    の第１のパターンと重ならないようにしてそれぞれ一定
    の間隔をおいて所定の大きさと形状で配置されることを
    特徴とする請求項２または３に記載のダミーマスク。
  5. 【請求項５】 ａを前記第１のパターン間の距離、Ｐを
    該距離ａと該第１のパターンの一辺の長さの合計、ｄを
    該第１のパターンと前記第２のパターン間の垂直距離、
    λを当該ダミーマスクに入射する光の波長すると、前記
    第１と第２のパターン間の垂直距離ｄが、 【数１】ｄ＝ａＰ／λ に設定されていることを特徴とする請求項２ないし４の
    いずれかに記載のダミーマスク。
  6. 【請求項６】 各前記第２のパターンの一辺の長さｂ
    は、前記第１のパターン間の距離距離ａと該第１のパタ
    ーンの一辺の長さの合計Ｐの１／２よりも大きく形成さ
    れていることを特徴とする請求項５に記載のダミーマス
    ク。
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